Il platooning è diventato una delle stategie più attraenti per migliorare la sicurezza dei veicoli intelligente e la regolamentazione del traffico. Oltre ai tradizionali algoritmi di controllo, che sono necessari per applicare almeno la stabilità locale e di stringa, è possibile progettare schemi di controllo più complessi per far fronte a requisiti avanzati. In questa tesi è stato sviluppato un controllo su due livelli complementari, macroscopico e microscopico. A livello macroscopico viene adottato un modello accoppiato PDE-ODE che descrive l'interazione tra il flusso di traffico alla rinfusa e un plotone di veicoli connessi per sviluppare un'azione di controllo volta a ridurre il consumo di carburante del flusso di traffico complessivo. Il plotone è modellato come una limitazione di capacità che influisce sul traffico circostante. La traiettoria dei punti di partenza e di arrivo del plotone è ottimizzata attraverso un controllore di tipo MPC (Model Predictive Control), agendo sulla velocità di testa e di coda del plotone, ottenendo così il controllo sia della velocità che della lunghezza del plotone. A livello microscopico, viene proposto uno schema DMPC (Distributed Model Predictive Control) Lexicografico, irrobustito con un termine di correzione ISM (Integral Sliding Mode) di secondo ordine, per rafforzare e mantenere la coerenza durante la crociera, considerando l'efficienza energetica durante la crociera e le fasi di accelerazione / decelerazione. In particolare, il primo aspetto ha un impatto complesso sulla regolamentazione del traffico, soprattutto se si considera un numero elevato di veicoli, il secondo è di primaria importanza nella progettazione di sistemi di trasporto sempre più eco-compatibili. L'approccio proposto è adatto per l'implementazione nel mondo reale e può costituire una base valida per architetture di controllo più avanzate. L'approccio viene valutato tramite simulazioni.
CONTROLLO A DUE LIVELLI PER IL TRAFFICO AUTOSTRADALE TRAMITE PLOTONE DI VEICOLI INTELLIGENTI. Platooning has become one of the most attractive formations for improving intelligent vehicle safety and traffic regulation. In addition to traditional control algorithms, which are required to apply at least local and string stability, more complex control schemes can be designed to cope with advanced requirements. In this thesis, a control on two complementary levels, macroscopic and microscopic, was developed. At the macroscopic level, a coupled PDE-ODE model is adopted that describes the interaction between the bulk traffic flow and a platoon of connected vehicles to develop a control action aimed at reducing the fuel consumption of the overall traffic flow. The platoon is modeled as a capacity limitation that affects surrounding traffic. The trajectory of the starting and ending points of the platoon is optimized through a model predictive control strategy (MPC), acting on the speed of the front-end and back-end of the platoon, thus obtaining control of both the speed and the length of the platoon. At the microscopic level, a Lexicographic DMPC (Distributed Model Predictive Control) scheme is proposed, robustified with a second-order ISM (Integral Sliding Mode) correction term, to strengthen and maintain coherence during the cruise, considering the energy efficiency during the cruise and acceleration / deceleration phases. In particular, the first aspect has a complex impact on traffic regulation, especially when considering a large number of vehicles, the second is of primary importance in the design of increasingly eco-compatible transport systems. The proposed approach is suitable for real-world implementation and can form a valid basis for more advanced control architectures. The approach is evaluated through simulations.
TWO-LEVEL CONTROL FOR HIGHWAY TRAFFIC VIA PLATOONS OF INTELLIGENT VEHICLES
MERCANTI, STEFANO
2019/2020
Abstract
Il platooning è diventato una delle stategie più attraenti per migliorare la sicurezza dei veicoli intelligente e la regolamentazione del traffico. Oltre ai tradizionali algoritmi di controllo, che sono necessari per applicare almeno la stabilità locale e di stringa, è possibile progettare schemi di controllo più complessi per far fronte a requisiti avanzati. In questa tesi è stato sviluppato un controllo su due livelli complementari, macroscopico e microscopico. A livello macroscopico viene adottato un modello accoppiato PDE-ODE che descrive l'interazione tra il flusso di traffico alla rinfusa e un plotone di veicoli connessi per sviluppare un'azione di controllo volta a ridurre il consumo di carburante del flusso di traffico complessivo. Il plotone è modellato come una limitazione di capacità che influisce sul traffico circostante. La traiettoria dei punti di partenza e di arrivo del plotone è ottimizzata attraverso un controllore di tipo MPC (Model Predictive Control), agendo sulla velocità di testa e di coda del plotone, ottenendo così il controllo sia della velocità che della lunghezza del plotone. A livello microscopico, viene proposto uno schema DMPC (Distributed Model Predictive Control) Lexicografico, irrobustito con un termine di correzione ISM (Integral Sliding Mode) di secondo ordine, per rafforzare e mantenere la coerenza durante la crociera, considerando l'efficienza energetica durante la crociera e le fasi di accelerazione / decelerazione. In particolare, il primo aspetto ha un impatto complesso sulla regolamentazione del traffico, soprattutto se si considera un numero elevato di veicoli, il secondo è di primaria importanza nella progettazione di sistemi di trasporto sempre più eco-compatibili. L'approccio proposto è adatto per l'implementazione nel mondo reale e può costituire una base valida per architetture di controllo più avanzate. L'approccio viene valutato tramite simulazioni.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/12014